Билет №6. Строение электронных оболочек атома. Принцип Паули и наименьшей энергии. Правило Гунда. S-,p-,d-,f-электроны.

В зависимости от значений главного квантового числа, существуют 7 различных элекиронных слоев (оболочек), которые ещё называют энергетическими уровнями. Для энергетических уровней в атоме, соответствующих различным значениям n, приняты следующие обозначения: 1-K,2-L,3-M,4-N,5-O,6-P,7-Q. Энергетические уровни состоят из энергетических подуровней, которые определяются значением орбитального квантового числа. Этим подуровням присвоены следующие обозначения: 0-s,1-p,2-d,3-f. В соответсвии с этими обозначениями говорят об s-подуровне, p-подуровне и т.д. Электроны, характеризующиеся значениями побочного квантового числа 0,1,2,3, называют, соответсвенно, s-электронами, p-электронами, d-электронами, f-электронами. При данном значении главного квантового числа наименьшей энергией обладают s-электроны, затем p-,d-,f-электроны.

Орбитальное квантовое число определяет форму электронного облака. Вывод об этом вытекает из физического смысла квантового числа l: оно определяет знеачение орбитального момента количества движения электрона. Например, электронное облако s-электрона имеет форму шара, p-электрона - форму гантели или двойной груши, d-электрона - "четырёхлепесковой фигуры" и т.д.

На каждом энергетическом уровне, как и на каждом энергетическом подуровне может находиться фиксированное число электронов. Их максимальное количество можно подсчитать, пользуясь принципом Паули, согласно которому в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми. Из этого следует, что каждая атомная орбиталь, характеризующаяся определёнными значениями n,m и l, может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Такие электроны называются спаренными. Таким образом, максимальное число электронов на энергетических подуровнях выражается формулой 2(2l+1), а на энергетическом уровне: 2n². Распределение электронов по атомным орбиталям идёт по принципу наименьшей энергии.Наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимальному возможному значению его энергии. Любое другое его состояние является возбуждённым, неустойчивым: из него электрон самопроизвольно переходит в состояние с более низкой энергией. Поэтому сначала заполняется 1s-подуровень, затем 2s,2p,3s,3d,3d и т.д. В самом энергетическом подуровне порядок размещения электронов в атоме подчиняется общей закономерности, выражаемой правилом Гунда: устойчивому состоянию атома соответсвует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально.

Билет №7. Энергия ионизации атомов и сродство к электрону. Электроотрицательность.

Наиболее характерным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать внешние электроны превращаться в положительно заряженные ионы, а неметаллы, наоборот, характеризуются способностью присоединять электроны с образованием отрицательных ионов. Для отрыва электрона от атома с превращением последнего в положительный ион нужно затратить некоторую энергию, называемую энергией ионизации.Энергию ионизации можно определить путём бомбардировки атомов электронами, ускоренными в электрическом поле. То наименьшее напряжение поля, при котором скорость электронов становится достаточной для ионизации атомов, называется потенциалом ионизации атомов данного элемента и выражается в вольтах.

Величина потенциала ионизации может служить мерой большей или меньшей "металличности" элемента: чем меньше потенциал ионизации, чем легче оторвать электрон от атома, тем сильнее должны быть выражены металлические свойства элемента. С увеличением порядкового номера в таблице Менделеева по группам потенциалы ионизации уменьшаются.

Атомы могут не только отдавать электроны, но и присоединять их. Вообще, способность элемента отдавать или присоединять к себе электроны или электронные пары называется относительной электроотрицательностью. Чем больше электроотрицательность атома, тем сильнее притягивает он электроны.Энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к свободному атому, называется сродством атома к электрону. Сродство к электрону, как и энергия ионизации, обычно выражается в электронвольтах. Сродство к электрону атомов металлов, как правило, близко к нулю или отрицательно; из этого следует, что для атомов большинства металлов присоединение электронов энергетически невыгодно. Металлы наименее электроотрицательны. Самый электроотрицательный элемент - фтор. У него значение электроотрицательности равно 4.